13.2. Термоэлектронная эмиссия
Электрический ток в вакууме может возникнуть, если в него внести заряженные частицы с помощью эмиссии (испускания).
Различают несколько видов эмиссии:
Автоэлектронная эмиссия – вырывание электронов с поверхности вещества под действием электрического поля.
Фотоэлектронная эмиссия (фотоэффект) – вырывание электронов с поверхности под действием излучения.
Термоэлектронная эмиссия – вырывание электронов с поверхности под действием тепла (при нагревании).
Дан стеклянный баллон из которого выкачен газ
Рис. 13.2.
При нагревании средняя энергия электронов увеличивается и достигает такого значения, при котором электроны покидают поверхность металлов, при этом вблизи поверхности металлов создается электронное облако.
Между электронами, покидающими поверхность металла, и электронами возвращающимися устанавливается равновесие.
При подаче напряжения (причем электрод, около которого сформировано облако электронов, – катод) возникает направленное движение частиц от катода к аноду, называемое анодным током. Если поменять полюса электродов, то тока не будет, так как свободные электроны притянутся назад, а новые поступать не будут.
Существует формула Дешмана, которая определяет величину плотности тока насыщения.
(13/1)
где
– некоторая постоянная.
13.3. Электронные лампы и их применение
Явление термоэлектронной эмиссии лежит в основе работы электронно-вакуумных приборов: электронных ламп, электронно-лучевой трубки.
Электронные лампы различают по числу электродов.
Диод – двухэлектродная электронная лампа. Он состоит из вакууммированного стеклянного или металлического баллона, в который впаяны два электрода: анод и катод. Катод состоит из непосредственно катода и подогревного элемента.
Рис. 13.3.
Подогревной элемент изготавливается из тугоплавких материалов для увеличения срока работы. Катод покрыт слоем окислов щелочноземельных элементов (например BaO).
Основное свойство диода – односторонняя проводимость, как правило используется для процесса выпрямления переменного тока (рис. 13.4).
Рис. 13.4.
Если между анодом и катодом создается напряжение, изменяющееся по гармоническому закону, ток в анодной цепи будет идти только в те отрезки времени, когда это напряжение положительно. Когда же оно отрицательно, ток в анодной цепи равен нулю.
Триод отличается от диода наличием в нем третьего электрода, называемого управляющей сеткой, так как изменяя потенциал сетки можно управлять анодным током. Триод используется для усиления сигнала.
Рис. 13.5.
Рис. 13.6.
Рассмотрим устройство и принцип действия электронно-лучевой трубки.
Рис. 13.7.
Рис. 13.8.
Как и всякий электровакуумный прибор, электронно-лучевая трубка имеет стеклянный баллон, вытянутый в направлении луча. Воздух из баллона выкачан до высокого вакуума.
Внутри стеклянного баллона, в его узкой части, помещается электронно-оптическая система (электронный прожектор), где получается и формируется узкий электронный пучок. Электронный пучок направляется на флюоресцирующий экран в широкой части трубки, представляющий собой тонкий слой люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность баллона. В качестве люминофоров применяют различные вещества, например, ортосиликат цинка, дающий зеленое свечение, сульфид цинка в соединении с некоторыми другими элементами, дающий белое свечение, и др.
Электронный пучок на пути к экрану проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин. При подаче на пластины разности потенциалов электронный пучок отклоняется в сторону положительно заряженной пластины ( электростатическое отклонение).
В осциллографе на одну пару пластин подается исследуемое, а на другую – меняющееся по времени напряжение. Т. к. электрон обладает маленькой массой, то осциллограф обладает высоким быстродействием и позволяет следить за малейшими изменениями тока.
В цветных телевизорах используется три электронные пушки, ответственных за три цвета, т. к. на экране нанесены три типа гранул, которые расположены близко друг к другу и мы их воспринимаем как слитные.